Температурные деформации бетона

Изменение температуры вызывает температурные деформации бетона, которые зависят; от коэффициента линейного расширения. Вследствие различных температурных коэффициентов составляющих бетона в нем возникают напряжения, которые при больших температурных перепадах могут быть значительными. Кроме того, при фазовом переходе содержащейся в бетоне воды в лед бетон расширяется.

Коэффициенты температурного расширения материала определяются из формул:

Для поликристаллических изотропных тел:

где l0 и V0 — длина и объем при исходной температуре (как правило, при 0°С); t1 и t2 — температурные пределы измерения; ai, вi, Vi и Ki — характеристики компонентов; аср и вcp — средние значения коэффициентов температурного расширения; К — модуль объемного сжатия, равный Е/3(1-2u) (Е — модуль упругости, u — коэффициент Пуассона).

Предпочтительно проводить измерения при малых значениях At.

Дилатометрический метод. Для измерения температурных деформаций применяют дилатометры, с помощью которых с высокой точностью определяют изменение линейных размеров образцов в широком диапазоне температур от —100 до 1100°C. Чувствительность дилатометра достигает 1*10в-5 мм, размеры образцов: Н=30—70 мм и D=15—70 мм.

Принцип работы дилатометра состоит в следующем. Образец устанавливают между двумя кварцевыми пластинками. На верхнюю пластинку опирается кварцевый стержень-толкатель, который передает линейные деформации образца на измерительные устройства: индикаторы часового типа с ценой деления 0,001 мм или магнитно-оптические устройства, обеспечивающие большую чувствительность измерений. Для этого в верхней части стержня-толкателя находится магнит, при перемещении которого поворачивается ролик с зеркальцем. На зеркальце через оптическую трубу направляют луч света. Перемещение отраженного луча измеряют окулярным микрометром.

Образец помещают под кварцевым колпаком в термостат. В дилатометре предусмотрены устройства, позволяющие получать и поддерживать заданные температуры с высокой точностью. Как правило, в дилатометрах испытывают не бетон, а его составляющие: цементный камень, цементно-песчаный раствор и заполнители.

В кварцевых дилатометрах пределы измерений ограничены t1=-190° С и t2=1000° С; это связано с тем, что при температурах ниже -190°С температурные деформации кварца становятся близкими температурным деформациям образца. При температуре же более 1100°C кварц необратимо переходит в кристобалит. В рабочем диапазоне дилатометров коэффициент линейного расширения плавленого кварца равен =0,55x10в-6 град-1.

Для испытания составляющих бетона применяют выпускаемый промышленностью (харьковский экспериментальный завод «Прибор») дилатометр ДКС-900 с рабочим диапазоном температур от 20 до 900° С.

Дилатометрический метод применяется главным образом в научно-исследовательских работах. С его помощью выявляются не только температурные, но и деформации, вызванные другими причинами, например напряжениями, возникающими при переходе воды в лед.

Методом измерения температурных деформаций с помощью индикатора коэффициенты линейного расширения бетонов были определены в интервале от 20 до 120°С. В торце образца размером 4х4х16 см при бетонировании устанавливают стальной штырь, заканчивающийся шариком. На шарик упирается кварцевый стержень, в другой конец которого упирается шток индикатора. Затвердевшие образцы (в возрасте 28 или более суток) высушивают до постоянной массы. Испытания проводят на установке (рис. IV.10), которую предварительно калибруют для установления собственных деформаций путем испытания кварцевой палочки. Кроме того, для проверки точности периодически проводят испытание эталонного образца из стали Ст3 (ат = 12,18*10-в-6).

При нагревании образца с помощью термопар, заделанных в бетонный образец, измеряют температуру бетона, а по индикатору — деформации образца. Расчет ведут по формулам:

где tн и tк — начальная и конечная температуры образца, °C; l — длина образца (без учета выступающей части стального штыря), мм; lшт. — длина выступающей части стального штыря, мм; s — поправка на деформацию кварцевого стержня; r — поправка на деформацию стального штыря; П — общее показание индикатора; Пх — холостой ход нагревательной печи.

На таком же принципе устроен дилатометр Соломина, где образец, находящийся в кварцевой трубке, помещают в трубчатую электропечь, что дает возможность определять линейные коэффициенты расширения при высоких температурах.